Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

47068

.pdf
Скачиваний:
2
Добавлен:
15.11.2022
Размер:
155.73 Кб
Скачать

Министерство сельского хозяйства РФ Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования «Мичуринский государственный аграрный университет»

Кафедра биологии растений и селекции плодовых культур

УТВЕРЖДЕНО протокол № 4

методической комиссии Плодоовощного института от 3 декабря 2007г.

Методическое указание

по выполнению лабораторно-практического задания на тему:

«Основные показатели водного режима растений и их использование в программировании урожайности сельскохозяйственных культур»

по дисциплине: Физиология и биохимия сельскохозяйственных растений

для студентов по специальностям:

110202-агрономия

110102-агроэкология

110202-плодоовощеводство и виноградарство

110204-селекция и генетика сельскохозяйственных растений

110302-технология производства и переработки сельскохозяйственной

продукции

Мичуринск - наукоград РФ

2008

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Методическое указание составлено ассистентом В.И. Конюшенко и до- центом, канд. с.-х. наук З.Н. Таровой на основании типовой учебной програм- мы по дисциплине «Физиология растений», М.: МСХА, 2000 г.

Рецензент:

зав. кафедрой садово-паркового и ландшафтного строительства, доцент, кандидат с.-х. наук А.С. Губин

Рассмотрено на заседании кафедры биологии растений и селекции плодо- вых культур.

Протокол № 2 от 22 октября 2007 г.

Содержание

 

Цель работы ………………………………………………………..

3

Введение ……………………………………………………………

3

I. Термодинамические показатели водообмена растений и их

 

соотношение в условиях разной оводненности клеток …………

3

Задание №1 …………………………………………………………

5

II. Показатели характеризующие транспирацию растений

6

Задание №2 …………………………………………………………

6

III. Расчёт запасов воды в почве и оросительных норм полива

7

Задание №3 …………………………………………………………

9

©Издательство Мичуринского государственного аграрного университета, 2008

2

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Цель работы:

1.Усвоить зависимость величины водного потенциала вакуолизирован- ных клеток растений от его составляющих компонентов.

2.Ознакомиться с основными показателями транспирации, которые ис- пользуются для определения эффективности использования воды растениями.

3.Изучить методику расчетов поливной и оросительной нормы сельско- хозяйственных культур.

Введение

Вода является основной составной частью растительных организмов, это среда, в которой протекают все физиологические процессы. Ее содержание до- ходит до 95% от массы организма.

Взрослая растительная клетка имеет большую вакуоль, заполненную водным раствором минеральных солей, сахаров, органических кислот, витами- нов и других веществ. Наличие клеточного сока определенной концентрации

играет решающую роль в поступлении воды в клетки растений и поддержании их тургора.

Водный режим растений складывается из трех этапов: поступления воды, передвижение ее по сосудам и транспирации.

1.Термодинамические показатели водообмена растений и их соотношение в условиях разной оводненности клеток

Физиологическая активность растительной клетки зависит от термодина- мического (энергетического) состояния воды, важнейшим показателем которой является водный потенциал. Это производная величина от двух других показа- телей активности и химического потенциала воды.

Активность воды характеризует ту реальную концентрацию, соответст- венно которой вода участвует в различных процессах. Активность чистой воды равна единице. Всякие межмолекулярные и иные связи уменьшают подвиж- ность и рассеиваемость молекул и снижают активность воды. В растворе и в клетке активность воды всегда меньше единицы.

Химический потенциал величина производная от активности. Это мера энергии, которую данное вещество использует на реакцию или движение. Раз-

ность химического потенциала воды в клетке и химического потенциала чистой

3

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

воды, отнесенную к парциальному объему воды в клетке, называют водным по- тенциалом (-ψв).

Химический потенциал (μ) чистой воды всегда выше химического потен- циала воды в клетке, поэтому величина водного потенциала всегда отрицатель- на.

Водный потенциал растений выражается в атмосферах, барах или паска-

лях (1атм=1,013бар=105Па).

Водный потенциал является алгебраической суммой следующих показа- телей:

-ψв = -ψ π + ψm+ ψp + ψξ ;

где -ψπ _- осмотический потенциал ψm - матричный

ψp - гидростатический ψξ - гравитационный

Осмотический потенциал (-ψπ) характеризует снижение активности воды частицами растворенного вещества. Поэтому его величина тоже отрицательна. Осмотический потенциал определяет силу, которая вызывает поступление воды в клетку.

Гидростатический потенциал (ψp) или потенциал давления имеет поло- жительное значение. При поступлении воды в клетке развивается гидростати- ческое давление. Клеточная оболочка растягивается и в свою очередь оказывает противодавление. Чем больше поступает воды в клетку, тем больше противо- давление. Вклад в величину водного потенциала матричного компонента и гра- витационного для наших растений не имеет большого значения. Таким обра- зом, водный потенциал (ψв) зависит, прежде всего, от концентрации осмотиче- ски действующих веществ - осмотического потенциала (-ψπ) и от потенциала давления (ψp). Это можно выразить следующим образом:

-ψв = (-ψ π)+ ψp

При разной оводненности клетки соотношение между компонентами это- го уравнения меняются. В состоянии плазмолиза или завядания вода не давит на клеточную оболочку. Противодавление клеточной оболочки (ψp) в этом слу- чае равно нулю, а водный потенциал равен осмотическому (-ψв = -ψ π). По мере поступления воды в клетку появляется противодавление клеточной оболочки. При полном насыщении клетки водой (тургорное состояние) осмотический по- тенциал полностью уравновешивается противодавлением клеточной оболочки, и водный потенциал становится равным нулю:

4

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

-ψ π = ψp; -ψв = 0

В обычных условиях осмотический потенциал клетки не уравновешен полностью противодавлением. Это и определяет поступление воды в каждый данный момент. Вода всегда поступает в сторону более отрицательного водно- го потенциала от той системы, где её энергия больше к той, где энергия ее меньше. Предположим, что клетка имеет ψπ = -10атм, а вторая соответственно - 8атм., то вода будет поступать по градиенту водного потенциала в сторону бо- лее отрицательной величины, т.е. из второй клетки в первую.

Задание №1

1.Клетка полностью насыщена водой. Чему равны водный и гидростатиче- ский потенциалы, если осмотический соответствует – 8 атм?

2.Клетка находится в состоянии потери тургора. Чему равен осмотический и гидростатический потенциалы, если водный – 7 атм?

3.Водный потенциал клетки равен – 5 атм. Чему равен гидростатический по- тенциал, если известно, что осмотический составляет – 12 атм?

4.Чему равен водный потенциал растительных клеток. Если известно, что

при погружении в 0,2М раствор сахарозы размеры клеток увеличились, а в 0,3М растворе остались без изменения. Опыт проводился при t=25 0С?

5.Определить величину водного, осмотического и гидростатического потен- циалов, если при погружении ткани в 0,4М раствор поваренной соли плаз-

молиз не наблюдается, а в 0,5М растворе NaCl 50% клеток плазмолизиро- ваны. Температура, при которой проводился опыт, равна 17 0С.

6.Клетка погружена в раствор. Осмотический потенциал клеточного сока ра- вен – 7 атм, а наружного раствора – 5 атм. Куда пойдет вода? Объясните.

7.Указать направление движения воды, в системе из трех клеток, если в пер- вой осмотический потенциал равен -14 атм, гидростатический соответст- венно +9 атм; во второй клетке осмотический потенциал равен -16атм, гид- ростатический +7 атм; в третьей осмотический потенциал -13 атм, гидро- статический +3 атм.

8.Чему равен водный потенциал клеток, если известно, что в растворах, имеющих осмотический потенциал -3 атм, -4 атм и -5 атм размеры клеток не увеличились, а в растворе, осмотический потенциал которого -7 атм произошло уменьшение размера клеток? Объясните.

5

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

9.Срезы растительных клеток погружены в 1М раствор сахарозы KNO3 и Ca(NO3)2. В каком растворе отмечен более сильный плазмолиз и почему? Дать объяснения.

10.Указать направление передвижения воды между клетками, если в первой клетке осмотический потенциал -14 атм, гидростатический потенциал +8атм., осмотический потенциал равен -10атм, а гидростатический +2 атм.

2.Показатели, характеризующие транспирацию растений

Воснове расходования воды растительным организмом лежит процесс испарения переход воды из жидкого в парообразное состояние. Эта потеря воды растением называется транспирацией. Одной из важных характеристик

этого процесса является интенсивность транспирации количество испарив- шейся воды в граммах на 1 м2 или 1см2 за один час. Обычно для большинства растений она в среднем составляет 15-250г на 1м2 днем и 1-20г на 1м2 ночью.

Продуктивность транспирации количество граммов сухого вещества, образующегося при расходовании 1кг воды. Продуктивность транспирации у растений умеренного климата колеблется от 1 до 8г (в среднем 3г).

Транспирационный коэффициент показывает сколько воды, растение за- трачивает на построение единицы сухого вещества. Величина его у растений находится в пределах 125 – 1000, а средняя равна 300, например на 1т урожая затрачивается 300т воды.

Относительная транспирация отношение интенсивности транспирации к интенсивности испарения со свободной водной поверхности (озеро, река, бо- лото и т.д.) при тех же условиях. Этот показатель характеризует способность растений регулировать транспирацию и обычно составляет 0,1 – 0,5, поднима- ясь иногда до 1 и, опускаясь у некоторых хорошо защищенных от потери воды листьев, до 0,01 и ниже.

Быстрота испарения (скорость использования водного запаса) - характе- ризуется количеством затраченной растением воды в единицу времени и выра- жается в процентах. Расход запаса воды колеблется от 10 до 80%.

Таким образом, бесперебойное снабжение растений водой и питательны- ми веществами ведет к существенным изменениям в работе листа: наблюдается значительный прирост сухой массы и листовой поверхности, а также синтези- руется максимальное количество органических веществ.

6

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Задание №2

1.За период вегетации яблоня накопила 5,2кг сухого вещества и испарила 1350кг воды. Определить продуктивности транспирации.

2.Продуктивность транспирации равна 4г/кг. Найти транспирационный ко- эффициент?

3.Транспирационный коэффициент равен 125мл/г. Найти продуктивность транспирации?

4.Дерево, имеющее листовую поверхность 12м2, испарило за 2 часа – 3кг во- ды. Чему равна интенсивность транспирации?

5.Растение, имеющее листовую поверхность 20дм2, испарило за 2,5 часа 40г воды. Чему равна интенсивность транспирации (в г/дм2 час).

6.Чему равен транспирационный коэффициент яблони, израсходовавшей за период вегетации 2т воды и накопившей за это время 10кг сухого вещест- ва?

7.Сколько воды испарит растение за 5мин, если интенсивность транспирации равна 120г/м2 час, а поверхность листьев – 240 см2?

8.Рассчитать величину относительной транспирации, если интенсивность испарения с открытой водной поверхности равна 60г/м2 час, а лист за 2 ча- са транспирировал 0,15г воды. площадь листовой поверхности 70м2?

3.Расчет запасов воды в почве, оросительных и поливных норм

Потребность растений в воде неодинаково в разные фазы их развития. Для каждой культуры существуют свои критические периоды, когда недостаток влаги в почве особенно сильно снижает урожай. Поэтому влажность почвы ре- гулируют поливами.

Поливная норма количество воды, которое дают сельскохозяйственной культуре за один полив. Поливную норму выражают в кубических метрах воды на 1га площади, занятой культурой (м3/га).

Режим орошения сельскохозяйственных культур разрабатывают на осно- ве водного баланса орошаемого поля, т.е. соотношения прихода и расхода во- ды.

Основные приходные составляющие водного баланса атмосферные осадки (1мм слоя воды равен 10м3. Это получается умножением слоя воды 1мм на площадь 1га, выраженную в м2, т.е. 0,001 х 10000 =10м3) и влага, посту- пающая в корнеобитаемый слой из грунтовых вод.

7

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Основные расходные составляющие водного баланса транспирация во- ды растениями и физическое испарение с поверхности почвы (эвапорация). Оп- ределенные потери влаги связаны с поверхностным стоком талых вод и выпав- ших осадков, а также проникновением части воды до грунтовых вод (гравита- ционная вода).

Поскольку раздельный учет этих составляющих затруднен, на практике определяют суммарное водопотребление или суммарное испарение.

Суммарное водопотребление или эвапотранспирацию рассчитывают ба-

лансовым методом как разницу в содержании влаги в метровом слое почвы в начале и конце вегетации плюс приход воды с осадками и поливом.

Сезонное суммарное потребление полевых культур составляет 3000-4000 м3/га, яблони 5000-6000 м3/га, среднесуточный расход влаги полевыми куль-

турами – 2,5-3,5 мм.

Для определения запасов воды в слое почвы надо знать её влажность и плотность. Его можно рассчитать по формуле:

W=a х d х h х 100,

где W - запас влаги, м3/га

a - влажность почвы в % к абсолютно сухой массе d - плотность почвы, г/см3 или т/м3

h – мощность слоя почвы, м

Коэффициент водопотребления (эвапотранспирационный коэффициент) рассчитывают как отношение суммарного расхода воды за вегетацию 1 га посе- вов (эвапотранспирацию) к созданной биомассе или хозяйственному урожаю и показывает, сколько воды затрачивается на формирование единицы урожая:

К= Е /Ухоз., м3, где

Ухоз урожай хозяйственно-ценной продукции, т; Е суммарный расход воды за вегетацию 1га посевов или посадок, м3;

Коэффициент водопотребления является специфичным для каждой куль- туры и в значительной степени зависит от почвенно-климатических факторов. Для зерновых культур в засушливые годы он может составлять 2000-2500, а во влажные 400-600. Растение затрачивает на создание сухого вещества тем меньше воды, чем полнее удовлетворяются его потребности в других факторах жизнеобеспечения. Чем ниже уровень агротехники и почвенного плодородия, тем коэффициент водопотребления выше.

Суммарное водопотребление для планируемого урожая можно опреде- лить, используя коэффициент водопотребления и планируемую урожайность, по формуле:

8

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Е=Уплан х К

где Е - суммарное водопотребление, м3/га; У - планируемая урожайность, т/га; К коэффициент водопотребления, м3/т;

Оросительная норма количество воды, которую дают растениям за весь период вегетации на 1га. Её находят по уравнению водного баланса:

М=У х К – 10 х К0 х 0 –( ∆W – Wг ),

где М оросительная норма, м3/га; У планируемая урожайность, т/га;

К коэффициент водопотребления, м3/га; 10 - коэффициент перевода осадков мм в м3/га;

К0 коэффициент использования осадков (для учебных целей = 0,7); 0 – количество осадков выпавших за период вегетации;

W – доступный запас влаги в корнеобитаемом слое почвы, м3/га; Wг количество влаги, оставшейся в корнеобитаемом слое.

Задание №3

1.Рассчитать сезонную потребность в поливной воде яблоневого сада при планировании урожая в 125 ц/га и коэффициенте водопотребления 45 м3/ц.

За вегетацию выпадает 250 мм осадков, а содержание доступной влаги в метровом слое составляет 2200 м3/га.

2.Рассчитать сезонную потребность в воде яблоневого сада при планируемом урожае в 135 ц/га и коэффициенте водопотребления 45 м3/ц. Определить возможность получения намеченного урожая при условиях, что за период

вегетации выпадает 280 мм осадков, а содержание продуктивной влаги весной в метровом слое 1950 м3/га.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Какие физиологические показатели наиболее точно определяют необ- ходимость полива?

2.Каковы средние значения сезонного водопотребления сельскохозяйст- венных культур?

3.Что такое поливная и оросительная нормы?

4.Какие факторы влияют на величину коэффициента водопотребления?

9

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

ЛИТЕРАТУРА:

1.Третьяков Н.Н., Лосева А.П. и др. Физиология и биохимия сельскохозяй- ственных растений. М.: «Колос», 2000.

2.Якушкина Н.И. Физиология растений. – М.: «Просвещение», 1993.

3.Волковский П.А., Розова А.А. Практикум по сельскохозяйственной ме- лиорации. – М.: «Колос», 1980.

4.Практикум по физиологии растений. /Под ред. члена-корреспондента РАСХН, профессора Третьякова Н.Н. М.: «Колос С», 2003.

10

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]